Köpük kesici (köpük kırıcı)  kimyasalların nasıl çalıştığını anlamak için ilk olarak köpük yapısını incelemeliyiz. Köpükler gaz veya sıvı buharlarının sıvılar içinde dağılmasından oluşan sistemlerdir. Köpükte gaz veya buharlar küresel bir sıvı katmanı ile kuşatılmıştır. Saf sıvılar köpürmezler. Saf sıvılarda (aktif madde içermez) gaz baloncuğu ‘Stoke kanunları’ gereğince baloncuk çapı ve sıvı viskozitesine bağlı bir hızla yüzeye doğru yükselir. Gaz baloncuğu yüzeye ulaştığında baloncuğu saran ince sıvı film aşağı doğru akar ve filmin kalınlığı giderek azalarak parçalanır. Buna ‘Drenaj Etkisi’ denir. Saf su yüzeyindeki bir köpük habbesi 10-² sn gibi kısa bir sürede patlayacaktır.

 

Köpük oluşumu

köpük kesici
Yüzey aktif madde içermeyen sıvılarda köpük oluşumu

Aktif madde içeren sıvılarda, oluşumundan hemen sonra baloncuklar küre şeklindedir ve bu küresel kabarcıklar stabil köpüğe yol açarlar ve birbirlerini deforme etmezler. Kabarcıklar hava ara yüzeyine tırmansalarda aktif madde içeren ve lamel olarak adlandırılan yüzey filmi tarafından çevrelenirler. Kabarcık yüzeye eriştiğinde sıvı yüzey filminden aşağıya akar, yüzey filmi incelir, gaz baloncukları daha yoğun bir şekilde bir araya gelerek ‘polyhedral’ şekiller oluştururlar.

köpük kesici kimyasal
Yüzey aktif madde içeren sıvılarda köpük oluşumu

Köpüğün kararlı kalabilmesi, hava veya sıvı buharını saran çözelti filminin kalınlığına bağlıdır. Köpüğün stabil kalabilmesi köpüğü saran sıvı filminin elastikiyeti tarafından sağlanır. Sıvı filmi genişleyince bu hareket yüzeyde moleküller arası bir çekime sebep olur ve bu yüzey gerilimini arttırır. Bu etkiye ‘Gibbs Elastikiyeti’ denir. Köpük stabilitesine yardımcı bir diğer faktör lameli işgal eden iyonik aktif madde molekülleri arasındaki itici elektrostatik güçlerdir. Bu nedenler yüzey geriliminde bir artış sebebidir. Amaç mümkün olan en düşük yüzey gerilimine erişmektir.

Köpük, kaplamalarda kaçınılmaz bir oluşumdur. Köpük yüzeye çirkin bir görünüm kazandırmakla beraber kaplamanın koruyucu etkisini de bozar. Bunun yansıra köpük kesici olmayan bir boyanın dolumunda gerçek bir maddi zarar oluşur. Bu yüzdendir ki Köpük Kesiciler boya formülasyonlarının vazgeçilmez bir katkısıdır. Köpüğü önlemek her durumda özel çözüm gerektirir.

Boya üretimi sırasında köpük oluşum nedenleri:

  • Selüloz türevleri
  • Yüzey aktif malzemeler
  • Karıştırma hızı
  • Reçineler

olarak sıralanabilir. Ayrıca üretimden sonra dolum ve uygulama metotlarımda köpük oluşumuna etkiyen faktörlerdir.

Köpük Kesiciler Nasıl Çalışır?

Her boya formülasyonu (Su bazlı, solventli ya da solventsiz) çok sayıda değişik kaynaklı ve kimyasal yapıda köpüğü stabilize eden aktif madde içerir. Kaplama sistemlerinde köpük stabilite aktif maddelerinin potansiyel varlığından kaçmak mümkün değildir. Kimyasal köpük kontrol ajanları (köpük kesici), antifoam veya defoamer olarak adlandırılırlar. Antifoamlar, köpüğün formasyonunu önler veya geciktirir. Defoamerler, biçimlendikten sonra köpüğü yok eden yüzey aktif ajanlardır. Gaz gidericilerin fonksiyonu ise mikro köpüklerin yüzeye çabucak yükselmesini kolaylaştırmaktır.

Köpüğü yok ederken amaç, ortamın yüzey gerilimini düşürmektir. Köpük kesiciler düşük yüzey gerilimine sahip olmalıdırlar ki ortamın yüzey gerilimini düşürebilmeli ve köpüğü yok edebilmelidirler.

Bunlardan dolayı genellikle aşağıdaki üç özelliği gösterirler:

  • Ortamda çözünmezlik
  • Pozitif giriş katsayısı
  • Pozitif yayılma katsayısı

Giriş katsayısı sıfırdan büyük bir değere sahip olduğunda köpük kesicinin köpürme ortamına girdiğini söyleyebiliriz ve aynı şekilde, yayılmanın belirmesi için yayılma katsayısı sıfırdan büyük olmalıdır ki ara yüzeye yayılabilsin.

Bu demektir ki bir materyalin Köpük Kesici olarak sayılabilmesi için hem giriş katsayısının hem de yayılma katsayısının pozitif olması gerekir. Giriş katsayısı, yayılma katsayısı köpürme ortamının -ara yüzeyin- köpük kesicinin yüzey gerilimine bağlı olarak değişen faktörlerdir. Bu iki faktörün değerleri hesaplanarak köpük kesici olarak bir maddenin geçerliliğine karar verebiliriz.

Köpük Kesici Kimyasalların özellikleri

Köpük kesiciler bütün beklentileri “additive”olarak yerine getirmeli ve köpük stabilizasyon mekanizmasını yenmelidir. Hava ara yüzeyine taşınmak için kaplamada sınırlı çözünürlüğe sahip olmalıdır.

Köpük kesici kimyasalların köpük kesme mekanizması (özellikle su sistemlerde) iyi dispers edilmiş hidrofobik partiküllerin ilavesi olarak açıklanabilir. Köpük kesici, partikülleri köpük lamelinin içine taşıyarak bir taşıyıcı ortam görevi görür. Bir yandan hidrofobik partiküller, hidrofilik sıvı lameli içinde yabancı partiküller gibi işlev görürler ve bu nedenle kohezyon kuvvetlerinin azalmasına diğer yandan kendi yüzeylerinde aktif maddeleri yakalayarak köpük stabilizasyonunun bozulmasına katkıda bulunurlar.

Köpük stabilitesi, kabarcık duvarından serbest aktif maddelerin uzaklaştırılmasıyla bozulur. Köpük kesici ürünler aslında bunu aktif maddenin hidrofobik ucunu kendi hidrofobik yüzeylerine çekerek yaparlar. Kohezyon kuvvetlerinin azalması sonucunda yüzey gerilimi düşer ve köpük kaplamanın yüzeyinde patlar.

köpük kesici nasıl çalışır
Köpük Kesicilerin İşleyiş Mekanizması

Atık sularda iyi bir şartlandırma etkin köpük kesici kullanılmalıdır. Sonuç olarak yukarıda bahsedilenlerin ışığı altında bir köpük kesicide olması gereken özellikleri aşağıdaki gibi sıralayabiliriz:

  • Köpük kesicinin yüzey gerilimi, çözeltinin yüzey geriliminden daha düşük olmalıdır.
  • Çözelti içinde, köpük kesicinin çözünürlüğü düşük olmalıdır.
  • Köpük kesici çözelti içinde kolayca dispers edilebilmelidir.
  • Köpük kesici çözelti ile reaksiyona girmemelidir.
  • Yüksek yayılma katsayısına sahip olmalıdır.
  • Yüksek giriş katsayısına sahip olmalıdır.
  • Artık madde bırakmamalıdır ki bu nihai ürün için zararlıdır.